低孔隙度泥页岩应力依赖的各向异性裂纹演化特性研究

本文在实验室对所获取的东营地区层理发育的低孔隙度页岩和泥岩的各向异性裂纹演化特性进行了研究,获得了各向同性条件下泥页岩的力学与超声波响应特性,分析了应力幅度对于页岩声波速度和各向异性的影响.主要结论包括:(1)泥页岩在循环载荷下存在滞后效应,表明其经历了去压实或油气产生导致的超压;(2)泥岩和页岩具有不同程度的各向异性,随着各向同性压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱;(3)分析了岩石韧度和裂纹损伤参数随压力的变化特征,相比泥岩,页岩各向异性程度更高,随压力变化更明显,其裂纹导致的附加各向异性更强;(4)分析了各向异性岩石的动态弹性模量特征,由于软裂隙空间的闭合,动态弹性模量在低压条件下都随着围压的增加有硬化趋势.     

岩体间超低摩擦发生机理的摆型波理论

针对深部冲击地压发生时煤岩体有明显的错动现象,基于块系岩体中的摆型波传播理论,研究摆型波在块系岩体中传播时诱发岩块间的超低摩擦发生机理。通过分析动力作用下岩块间的相对位移最大值,研究块系岩体的超低摩擦发生规律。当岩块间的软弱介质处于拉伸最大值状态时,在侧向扰动作用下岩体极易发生超低摩擦滑动,由此给出了块系岩体的超低摩擦发生判据。最后,通过计算分析了块系岩体自身特性及外界扰动特性对岩块间超低摩擦的影响。基于摆型波理论的超低摩擦发生机理研究,对认识深部岩体错动型冲击地压启动规律具有重要意义。     

不排水条件下裂隙流体压力对引潮高的振幅比和位相差的响应

本文基于裂隙潮汐应力分析,提出了不排水条件下,单裂隙和多裂隙流体压力-引潮高的振幅比和位相差响应模型.基于响应模型的分析计算,绘制了单裂隙流体压力振幅比和位相差与裂隙产状的关系曲线,分析了岩体弹性参数(λ、μ)和Skempton系数(B)对裂隙流体压力振幅比和位相差的影响.结果表明,M2和O1波裂隙流体压力-引潮高的振幅比随裂隙倾角(DIP)增加而增加,位相差都在±165°～±180°( DIP＜ 15°)和0°～±10°(DIP＞15°)之间,且两波位相差符号相反;流体压力振幅比线性地响应岩体弹性常数(λ、μ)和Skempton系数(B)的变化,但位相差几乎不受裂隙和岩体弹性参数的影响.     

深部隧道围岩分区破裂颗粒流模拟研究

深部岩体处于"三高"环境下,表现出不同于浅埋岩体的性质,其变形破裂规律更为复杂(分区破裂、片帮、塑性流动、岩爆等),为了准确描绘深部隧道围岩变形破裂规律,采用PFC从微观角度研究深部岩体的宏观响应。研究发现:随着隧道埋深增加,压力增大,由浅部围岩表面塑性破坏变为深部围岩破裂扩展,破裂区域呈交替分区破裂向深部发展,破裂区的间距与岩性和埋深有关;从横断面看,拱腰先出现破裂,然后拱脚出现破裂,最后贯通形成破裂区;若围岩表面施加外力,破裂区域减小,分区向深部移动,因此预应力锚杆有效地改善了围岩承载特性;研究结果与模型试验吻合,符合深部岩体卸荷作用下的变形破坏规律。结论可为深部岩体工程设计施工提供参考。     

地电阻率法的台址条件(二)

地电台测区介质的岩体力学条件是地电阻率法台址的重要条件之一。本文根据实测资料和实验结果研究了第四纪浮土层对地电阻率正常变化和地电阻率前兆特征的影响,并对浮土层下伏岩体的物理力学性质与岩体电阻率变化之间的关系作了探讨。由此得到,地电台探测区的岩体力学条件应该是浮土层较薄,下伏小孔隙度(或小裂隙率)的岩体。     

弹性波在含双裂纹岩体中的传播分析

岩石和岩体是具有复杂细微观结构的非均匀介质.弹性波在岩体中传播时,与岩体细微观缺陷相互作用表现出弹性波的频散效应.为研究岩体内部细观结构对弹性波频散效应的作用,本文采用双裂纹模型:在模型内部,考虑裂纹间的相互作用对弹性波的影响,以分析弹性波在双裂纹体系间的多次散射作用;在双裂纹体系间,采用线性叠加分析法,以考虑岩体缺陷影响的局部化.对波动方程应用Green函数基本解,利用边界积分方法,将双裂纹体系作为内边界处理,得到相应的频散方程,由此对比分析了双裂纹体系在上述两种分析方法下的区别,进一步探讨了双裂纹体系参数、孔隙流体压力和卸荷对岩体频散特性的影响.     

室内岩石水压致裂三轴试验研究

水库蓄水为什么会诱发地震,至今人们的认识不尽一致,原因是多方面而且是十分复杂。但无论哪种诱发机制理论,水的作用都被列为重要因素。从岩石力学观点看,水的作用不仅使岩体(或断裂带)的性质发生“软化”,而且随着孔隙压力的增加使基岩的应力状态发生变化,从而改变了岩石的强度和变形特性。作者1981年发表的论文中对“软化”问题已作了论述,本文主要探讨孔隙压力的影响。试验采用新丰江水库主要断裂带区的花岗岩30块试件,分成烘干和饱和两组,在不同围压和轴压力作用下,通过中间孔注液产生孔隙压力,使岩样破裂,简称为“水压致裂三轴试验法”。这种试验测量其致裂强度特性,变形特性及破裂模式等一系列参数,为水库地震诱发机制的研究提供一个方面的判据。     

利用孔间CT成像对喀斯特岩体结构、电站坝基渗漏与稳定性研究

岩溶水电站坝基受岩体中发育的溶洞、溶蚀裂隙带及构造破碎带等岩体缺陷的控制,容易产生塌陷、渗漏,导致电站工程变形、失稳。岩溶发育与碳酸盐岩的岩体结构改变关系十分密切,因此,对水电站坝基岩体缺陷的准确诊断意义重大。本文利用孔间电磁波透视及CT成像技术,对地下隐伏碳酸盐岩岩体结构的非均匀性,溶蚀裂隙带分界面,裂隙结构体、裂隙充填物性质及几何空间形态等进行了数字描述和刻画。并结合广西某水电站坝基碳酸盐岩岩体结构的自然特性,岩体结构变化特征的实测数据,进一步分析在工程作用下应力分布状态,岩体变形破坏规律,预测和判定坝基渗漏和稳定性,进而合理制定有效处治措施。     

地震深部电性变化前兆特征及其机理的初步探讨

本文着重讨论了地壳内埋深约10—25km的高阻层原地条件下的导电机理,指出该层岩体导电性主要取决于其裂隙及孔隙情况和孔隙水在其中的分布。根据对部分熔体导电性的研究,对实际岩体电导率进行数字模拟发现,连接权因子增加可导致该层原地体积电阻率极大的减少。本文还分析了孔隙水参与下震源及其外围区的应力应变特征,阐明了可能出现的深部电性变化前兆的分区性及其区域的体积电阻率、电性各向异性变化特征,初步探讨了这些变化的物理机理,粗略地估计了可能的变化量值。     

井孔△H指标及其观测系统原理

根据地震前兆的"应力-应变原理",以及"岩石变形破坏的实质是其孔隙度发生变化"的结论,进一步应用地下水动力学中的达西定律推导得出,饱和含水层井孔在恒定流量下的动水位与该井孔静水位之差或二种不同恒定流量下的动水位之差ΔH,可以相对量度饱和含水层岩体孔隙度的变化,进而得出相对量度岩体受力变形的动态变化过程,这可作为一项新的地震前兆指标。据此设计了一种以"井孔ΔH指标"为观测对象的新型地震前兆观测系统。理论分析得出,ΔH指标仅对地下深部岩体应力-应变的变化信息敏感,对非应力-应变因素和地表干扰不敏感。已有实验初步验证了其具有抗干扰、高灵敏度和高信噪比等特性。距离实验点400km的2002年3月31日台湾花莲海外7.5级地震为ΔH指标的可行性实验提供了一个例证。     

结构岩体应力状态与驱动力关系的三维有限单元分析

本文叙述一个既有断裂也有软层的三维有限单元数值计算模型,其中断层面倾角为90°或60°,作用力的大小和方向是变化的。特别着重研究中间主应力σ_2对断层端部的最大剪切应力的影响,也注意到软层的存在与否对整个应力状态和变形特征的作用。数值计算结果与现有的室内、室外实验结果非常相似,从而可以用来探讨复杂的地质体在不同边界条件下的应力分布和变化,以此评价地震发生的地质条件,可为中期地震预报提供线索     

水氡异常的水动力学机制

在水氡异常机制研究中，人们以往都强调岩石力学机制，即孕震过程中岩石微破裂产生氡射气。然而，大量的震例表明，水氡异常可出现在孕震早期，可见于距震中较远的井中，那里的与那时的含水层岩石很难处在微破裂状态。因此，笔者提出水氡异常的水动力学机制，即在较低的应力水平下含水岩体的变形与其水动力状态的变化引起水氡异常的机制     

不同应力途径下岩石的体积变化

本文介绍了对岩石在不同应力途径下的体积变化进行的实验研究。主要的应力途径有三种,并且都是首先把岩石加载到破裂前一定的应力状态,再分别三种类型加载。实验用电阻应变片测量纵向和横向应变以计算体应变。实验表明:同一种岩石在不同应力途径下膨胀效应有显著的不同。文中用辉长岩的实验数据对过密量和超膨胀量进行了估算。研究表明,过密与膨胀是应力途径变化时岩石体积变化的滞后效应。研究了B型实验过密状态出现的条件。从强度80%左右开始减小最小主应力的B型实验明显表现经历过密状态。从低应力状态(强度50%左右)和高应力状态(强度92%以上)开始减小最小应力的B型实验,岩石均未经历过密状态。最后联系地震预报问题进行了简单的讨论     

水平地震力作用下岩体破坏机理探究

基于摩尔库伦强度准则和波动理论对地震作用下岩体的破坏机理进行研究。结果表明:当埋深在一定范围内,水平地震作用下岩体的内聚力c和正应力σn与振动速度和埋深呈线性关系。当埋深一定时,振动速度越大c值越小;在振动速度增大的过程中岩体的应力状态由压应力逐渐转变为拉应力,且拉应力随振动速度的增大而增大;当振动速度一定时,岩体埋深越大c值越小;埋深越浅,拉应力越大,当埋深达到一定值时岩体就只在其弹性极限内振动而不产生破坏。     

内孔加压三轴条件下岩石的破裂试验研究

本文应用岩石孔压三轴仪,研究花岗岩和大理岩的破裂特性,探讨应力途径对岩石破裂强度的影响。试验结果表明:(1)岩石的内孔水压致裂强度随围压的增加而线性增加,(2)在拉,压应力组合条件下,岩石呈现出拉破特性,引起岩石破裂的拉应力随着轴压增加而减少;(3)孔压致裂法获得的岩石抗拉强度值偏高     

应力途径和破裂前兆

本文研究了在不同的应力途径下岩石破坏的条件和破裂的前兆.选定了三种应力途径进行研究:在一定应力状态下增加最大主应力σ₁, 保持σ₂, σ₃不变, 使岩石破坏（A 型）;减小最小主应力使岩石破坏（B 型）;增加最小主应力岩石不破坏（C 型）.通过实验得到了济南辉长岩和昌平花岗岩 A 型途径和 B 型途径破裂强度的比较.对三种途径岩石的体应变、声发射和波速V_p, 进行了对比研究.A 型途径的破裂前兆表现与许多作者的结果相符合.B 型途径岩石断裂前处于"过密"状态, 与此相联系的声发射增加和波速V_p下降出现得很晚.C 型途径岩石处于超膨胀状态, 出现了声发射增加和波速V_p下降而岩石并未破坏的现象.      

EXPERIMENTAL STUDY OF TEMPERATURE EVOLUTION AND IDENTIFICATION OF INSTABILITY POSITION OF PLANAR STRIKE-SLIP FAULT DURING PROCESS OF STICK-SLIP

Stick-slip of fault in laboratory accompanies change of temperature. Temperature change is not only concerned with sliding friction, but also with the stress state of the sample. In this article, we use infra-red thermal imaging system as wide-range observation means to study the temperature variation of different stages during the deformation of sample. The rock sample for the experiment is made of granodiorite from Fangshan County with a size of 300mm×300mm×50mm. It is cut obliquely at an angle of 45°, forming a planar fault. Two-direction servo-control system was used to apply load on the sample. The load in both directions was forced to 5MPa and maintained constant (5MPa) in the X direction, then the load in the Y direction was applied by a displacement rate of 0.5μm/s, 0.1μm/s and 0.05μm/s successively. The left and below lateral of the sample were fixed, and the right and top lateral of the sample were slidable when loaded. The experiment results show not only the temperature change from increase to decrease caused by conversion of stress accumulation to relaxation before and after the peak stress, but also opposite variation of temperature increase on fault and temperature decrease in rock during instability stage. Most important of all, we have found the temperature precursor identifying the position of instability through the temperature variation with time along the fault. It shows that rate of temperature increase of instability position keeps relative high value since the stage of strongly off-linear stage, and accelerates in stage of meta-instability. After separating the effect of friction and stress, we found that temperature increase occurs in the rock near the fault instead of on the fault, which means the mechanism of temperature increase is stress accumulation. Temperature of fault at the instability position does not increase, which means the position is locked. We speculate that the position of locked area on fault with high stress accumulation near the fault may be the future instability position. It is of significance of studying temperature variation during stick-slip to the monitoring of earthquake precursors. Heat caused by friction of earthquake needs long time to transfer to the surface and could not be detected as a precursor. While the stress of surface rock near the fault would change as the stress of interior rock changes, which could cause detectable temperature variations. The research purpose of this article is to find special change positions before instability. As the temperature variations are caused by stress and slip of fault, the results are also meaningful to analysis of stress and displacement data related to earthquake precursors.     

无源微波遥感用于地震预测及物理机理研究

对不同岩性的岩石进行了无源微波遥感用于地震预测的实验研究,实验在等温过程加载条件下进行．实验得出岩石的微波辐射能量随岩石的应力状态变化而显著变化,这个变化完全由应力引起,与温度无关．将介质所处的应力状态同介质的微波辐射能量变化与物理机理直接地联系了起来,为无源微波遥感观测地球表层应力场分布和预测地震奠定了物理基础,并提供了实验依据．本文提出了无源微波遥感预测地震的两种物理机理,即热能激发机理和机械能激发机理;提出了由无源微波遥感探测结果,反演介质应力状态和温度状态的方法．     

岩体准静态运动失稳的 CUSP 型突变模型

为了研究岩体在水平力(N)和垂直力(P)作用下运动的稳定性问题,本文对简化的岩体系统建立了突变理论模型,用以定量描述引起运动失稳的应力条件.文中导出了系统的总势能函数表达式,证明了该系统可由 CUSP 型突变模型描述,确定了N-P 控制空间中使系统失去稳定平衡的分叉集 B.得到的主要结果是:对 N-P 控制空间中使岩体运动保持稳定平衡和失稳的区域进行了划分;分析了作用力的渐变导致状态突变的过程,和点(N,P)在控制空间的运动途径对岩体运动稳定性的影响;讨论了势能发生突变时,所要求的应力变化量级.并根据这些初步结果,讨论了地震过程的某些现象.      

岩石受压过程中应力反复对电阻率的影响

在岩石电阻率随压力变化的不同阶段,部份地减低轴向压力后再加压(每回总压降约为破坏应力的10%).研究这种特殊的加载方式下,即所谓应力反复对电阻率的影响.结果如下:(1)对高水饱和度岩石,随压力不断增加电阻率变化的总趋势为上升——平稳——下降的变化形态(包括饱和度为100——70%).对低饱和度岩石(实验中饱和度为70%和50%),电阻率变化的总趋势已改变.(2)对高饱和度岩石共作了十一次应力反复实验.除了水饱和度为71%的岩石在压力为30MPa 处,应力反复时电阻率无明显变化外,其余均呈现电阻率的负异常(下降幅度约2%左右),我国地电台在震前观测到的地电阻率变化以负异常为主.实验结果为解释这种负异常提供一种新的可能机制.(3)在电阻率随压力变化的下降段,特别是接近岩石破坏时,应力反复所引起的电阻率负异常与一般情况下出现的负异常相比,有以下三个特征:a)负异常的幅度要大一个数量级(约-20%);b)不仅应力下降时电阻率下降,而且应力恢复时电阻率仍然下降;c)各个方向电阻率变化的差别很大(约10%).以上这三个特征可作为岩石临近破坏的标志.而一般的电阻率负异常可能只与应力反复有关,并不意味着岩石处于临近破裂的危险状态.(4)低饱和度岩石,应力反复可能引起电阻率的正异常.作者还用